植物非结构性贮藏碳水化合物的生理生态学研究进展

非结构性碳水化合物是参与植物生命过程的重要物质。蔗糖不仅是植物体内碳水化合物运输的主要形式,而且可以在基因表达水平上对细胞内的代谢进行调节。果聚糖是植物营养组织碳水化合物的主要暂贮形式;淀粉是植物主要的长期贮藏物质之一。植物体内非结构性碳水化合物的代谢在很大程度上影响着植株的生长发育和对环境因子的响应。综述了植物非结构性贮藏碳水化合物的生理生态学研究进展,着重介绍了蔗糖、果聚糖和淀粉代谢的生理过程及对环境因子(温度和水分)和人为因素的响应机制。     

平潭岛海岸三种典型沙生植物非结构性碳水化合物含量特征研究

非结构性碳水化合物(non-structural carbonhydrate,NSC)作为光合作用的主要产物,其含量多少可反映植物整体的碳收支平衡关系及对外界环境胁迫的适应策略。该研究采用改进的苯酚-浓硫酸法对福建省平潭岛海岸处于生长旺盛期的3种典型沙生植物木麻黄、单叶蔓荆和老鼠艻茎叶的NSC及其组分含量进行测定。结果表明:(1)单叶蔓荆叶片、茎干可溶性糖含量均最大,分别为(137.83±3.75)、(90.74±2.65)mg·g~(-1),老鼠艻叶片、茎干淀粉含量均最大,分别为(105.41±2.49)、(120.48±7.67) mg·g~(-1),二者茎叶NSC含量均大于木麻黄,且全部达到显著水平(P0.05)。(2)沙堆表面老鼠艻叶片NSC及组分含量从雏形、发育到稳定阶段变化不明显,但茎干NSC及组分含量在雏形阶段沙堆表面显著大于其他两个演替阶段(P0.05),且依次呈现下降趋势。(3)从幼龄林、中龄林到成龄林阶段,木麻黄NSC含量呈现先上升后下降趋势,其中成龄林叶片可溶性糖、淀粉和NSC含量、茎干可溶性糖和NSC含量均显著低于其他两个生长阶段(P0.05)。(4)不同沙生植物对环境胁迫的适应策略各异,海岸沙丘表面植被恢复应充分考虑物种特性及其更新。     

水稻茎鞘非结构性碳水化合物转运机理及栽培调控研究进展

非结构性碳水化合物(non-structural carbohydrate,NSC)是参与水稻能量代谢的主要物质和维持水稻生长发育及响应环境调控的重要因子.蔗糖作为水稻茎鞘NSC代谢中心物质,是水稻灌浆期叶片光合产物和花前茎鞘中储存的NSC向穗部转运的主要形式,是籽粒灌浆的主要同化物来源.理解水稻蔗糖分配、转运机理及栽...     

小麦非结构性碳水化合物分配对水分胁迫的生理响应

以‘西旱2号’小麦为试材,采用水分胁迫和复水处理方法,研究了小麦发育过程中不同水分胁迫下非结构性碳水化合物(NSC)在小麦旗叶、茎、叶鞘等器官中的动态变化,以及籽粒中碳代谢相关酶(可溶性淀粉合成酶SSS和淀粉粒结合态合成酶GBSS)活性的变化.结果表明:不同程度水分胁迫对小麦旗叶、茎、叶鞘等器官中蔗糖含量无显著影响.随水分胁迫的深入,花后12～ 18 d旗叶中淀粉含量显著增加;水分胁迫缩短了花后茎和叶鞘中淀粉的积累时间,抑制了茎中淀粉的转化和分配;而叶鞘中淀粉的积累逐渐增大,在中度水分胁迫下积累提前终止.在水分胁迫初期,各营养器官中的NSC含量为旗叶＞茎＞叶鞘;随着水分胁迫的深入,各营养器官中的NSC含量为茎＞旗叶＞叶鞘.小麦主要营养器官中NSC的分配速率及主要代谢酶的变化可能是小麦对水分胁迫的一种生理调节反应.     

蒙古莸幼苗干旱致死过程中非结构性碳水化合物的变化

以一年生蒙古莸幼苗为对象,设置适宜水分、慢速干旱致死和快速干旱致死3个处理,研究不同干旱强度致死下蒙古莸幼苗各器官中非结构性碳水化合物(NSC,包括可溶性糖和淀粉)的含量变化及其分配规律.结果表明:慢速干旱致死胁迫下各器官可溶性糖含量与适宜水分组无显著差异.随时间的推移,茎可溶性糖含量先增加后减少,淀粉和NSC含量增加;粗根可溶性糖含量减少,淀粉和NSC含量增加;叶可溶性糖含量增加,淀粉和NSC含量减少.致死时(80 d),叶、茎、粗根和细根的NSC含量分别为6.2%、7.8%、8.3%和7.4%.快速干旱致死胁迫下,各器官可溶性糖含量均高于适宜水分处理组,而淀粉和NSC含量均低于适宜水分组.随时间的推移,根可溶性糖含量下降,淀粉和NSC含量上升;茎可溶性糖、淀粉和NSC含量均上升;叶可溶性糖含量上升,淀粉和NSC含量下降.致死时(30 d),叶、茎、粗根和细根的NSC含量分别为5.9%、6.6%、8.9%和7.7%.应对不同的干旱致死情况,蒙古莸幼苗各器官间非结构性碳水化合物呈现出不同的动态变化.在慢速干旱致死胁迫下,NSC优先为维持各器官生理代谢活动提供能量;而在快速干旱致死下,NSC主要以可溶性糖形式维持植物代谢,调节渗透势,促进吸水,应对急剧的干旱胁迫.     

油松幼苗非结构性碳水化合物对干旱胁迫的阶段性响应

为探讨干旱胁迫对油松非结构性碳水化合物（NSC）的影响及其响应机制,以2年生油松幼苗为对象,设置适宜水分、轻度、中度和重度干旱胁迫处理（即80%、60%、40%和20%田间持水量）,比较幼苗在不同胁迫时间（15、30、45和60 d）各器官NSC含量的变化规律。结果表明：不同干旱胁迫处理程度与时间对油松幼苗当年生叶、1年生叶、茎、粗根和细根的可溶性糖、淀粉及总NSC含量均具有显著交互作用。干旱胁迫15 d时,当年生叶NSC含量在干旱胁迫处理显著低于适宜水分处理,细根NSC含量在轻度和重度胁迫处理显著高于适宜水分处理。干旱胁迫45 d时,随着胁迫程度增加,当年生叶、1年生叶、茎、粗根和细根淀粉含量均呈增加趋势。干旱胁迫60 d时,随着胁迫程度增加,细根淀粉含量呈下降趋势,细根可溶性糖及NSC含量在胁迫处理显著低于适宜水分处理。综上所述,油松幼苗胁迫初期,NSC优先供给细根以促进吸收水分,而长期胁迫,将导致NSC向下运输受阻,根系生长和吸收功能下降。这种NSC对干旱胁迫阶段性响应策略的揭示为东北地区油松幼苗造林最佳时间选择及水分管理提供数据支持。     

中国东北典型森林生态系统植物叶片的非结构性碳水化合物研究

植物叶片的非结构性碳水化合物(NSC)不仅可以反应植物的碳供应状况,也能反应植物对外界环境的适应策略。利用传统的蒽酮比色法测定了东北3个典型森林生态系统(呼中、凉水和长白山)242种常见植物叶片的非结构碳水化合物,探讨了温带主要森林植物叶片NSC沿纬度梯度的变化趋势及其在物种-生活型-群落间的分布规律。实验结果表明:3个典型森林生态系统植物叶片可溶性糖、淀粉和NSC含量均呈偏正态分布,多数物种的含量偏中低水平;242种植物叶片可溶性糖、淀粉和NSC的平均含量分别为63.31、65.66和128.96 mg/g。在所调查的森林生态系统中,叶片可溶性糖、淀粉和NSC含量在不同生活型中表现各异。此外,乔木植物叶片的可溶性糖、淀粉和NSC含量从北到南呈递增趋势,呼中最低,凉水次之,长白山最高。乔木淀粉含量均表现为落叶树种大于常绿树种,可溶性糖和NSC含量变化趋势复杂。研究结果不仅为阐明东北主要森林生态系统植被碳代谢和生长适应对策提供数据基础,而且对理解植物对未来气候变化的响应机理提供数据支撑。     

极端干旱对草甸草原优势植物非结构性碳水化合物的影响

植物光合作用产生的非结构性碳水化合物(NSCs)水平可以反映植物和生态系统对环境变化的响应程度。近年来, 草原极端干旱事件的发生频率和持续时间增加趋势明显, 对生态系统结构和功能产生深远影响。该研究以内蒙古呼伦贝尔草甸草原为研究对象, 通过连续4年减少66%生长季降水量的控制实验来模拟极端干旱事件, 分析草原6种优势物种和植物功能群NSCs各组分对极端干旱的响应规律与机制。结果显示, 由于植物生物学、光合特性以及生理生态等特性的差异, 不同物种对干旱胁迫的响应具有明显差异。这表明草地植物NSCs组分及其利用策略对干旱胁迫的响应具有物种特异性, 从而导致其生物量的不同响应。将6种植物分为禾草和非禾草两类, 发现干旱显著增加了禾草的淀粉含量, 但对其可溶性糖含量无显著影响; 相反, 干旱显著增加了非禾草功能群的可溶性糖含量, 对其淀粉含量无显著影响, 表明不同功能群采取了不同的干旱应对策略。禾草选择将光合作用固定的能量进行储存以应对干旱胁迫, 其生物量对干旱响应不敏感; 而非禾草选择将能量以可溶性糖的形式直接供植物生长利用以及抵御干旱胁迫, 其生物量对干旱响应较为敏感。这一发现可为预测在全球气候变化背景下草甸草原生态系统结构与功能对极端干旱的响应提供科学参考。     

温带不同材性树种树干非结构性碳水化合物的径向分配差异

温带森林不同树种具有不同的非结构性碳水化合物(NSC)存储和利用策略, 树干是成年树木NSC主体储存库。但树干NSC径向变异和种间差异仍不清楚, 无孔材(裸子植物)、散孔材和环孔材(被子植物)所代表的木材孔性功能群对树干NSC浓度的影响尚缺乏定论。为探索温带森林主要树种树干NSC浓度随树木木材孔性和组织的变化特征, 该研究在黑龙江省穆棱市的东北典型阔叶红松(Pinus koraiensis)林中选择32个树种, 采集胸高位置树皮、边材和心材3种组织, 分析NSC浓度随木材孔性和组织的变化特征。结果表明: (1)树种、组织和木材孔性均显著影响树干的NSC浓度。3种组织可溶性糖、淀粉、总NSC浓度和糖/淀粉的种间变异较大, 变异系数最低为37% (树皮总NSC浓度), 最高达到101% (心材淀粉浓度), 树干组织、树种及其交互作用均显著影响NSC浓度。(2)总体上可溶性糖、淀粉和总NSC浓度均随径向深度增加而降低。无孔材树皮的可溶性糖浓度和糖/淀粉显著高于散孔材和环孔材, 而边材中的淀粉和总NSC浓度为环孔材>散孔材>无孔材。(3)无孔材可溶性糖、淀粉和总NSC浓度边材和心材比均在1左右, 显著低于散孔材和环孔材, 而且无孔材边材和心材之间淀粉浓度相关较紧密, 表明被子植物的边材、心材功能分化较裸子植物更为明显。研究结果表明木材孔性影响了温带树种树干NSC存储策略, 研究整树NSC以及树木生理生态学功能需要区分树干组织。     

人工油松林中不同植物叶片非结构性碳水化合物含量对氮添加的响应

全球氮沉降通过影响树木叶片的生理过程影响森林生态系统的结构与组成,但目前关于氮沉降对森林生态系统中不同植物叶片非结构性碳水化合物(NSC)含量的影响还不十分清楚.本研究选取黄土丘陵区人工油松林中油松、辽东栎、忍冬、绣线菊、黄刺玫、茜草、披针苔草7种主要高等植物,比较了3年氮添加(0、3、6、9 g N·m^-2·a^-1,分别用N₀、N₃、N₆、N₉表示)对7种植物叶片中NSC的影响.结果表明: 不同植物叶片可溶性糖、淀粉含量变异很大,二者变异最高的均为黄刺玫,最低的分别为绣线菊和披针苔草;不同植物可溶性糖、淀粉对氮添加的响应存在明显差异.N₆处理下茜草的可溶性糖和淀粉的变异高于其他物种,N₃和N₉处理下绣线菊的变异高于其他物种,可溶性糖和淀粉含量变异最小的物种在不同氮添加水平下不同.随着氮添加水平的增加,油松和披针苔草的可溶性糖含量持续升高,绣线菊持续降低,辽东栎、忍冬和黄刺玫的可溶性糖含量先降低后增加,在N₆处理达到最小,而茜草的可溶性糖含量呈现较复杂的变化趋势.氮添加对植物叶片中淀粉含量的影响表现为油松、忍冬和披针苔草的淀粉含量持续增加,绣线菊先降低后增加,在N₃处理达到最小,而黄刺玫和茜草则呈现较复杂的变化趋势,辽东栎淀粉含量变化趋势平缓.在氮添加后,土壤pH、有机碳、全氮、全磷与植物叶片NSC含量无相关关系,仅N₀和N₃水平下上述土壤理化指标会显著影响可溶性糖/淀粉.表明林地不同植物叶片中NSC含量对氮添加的响应明显不同,研究全球氮沉降或氮添加对林地生态系统的影响需要考虑不同植物,尤其不同生活型植物的不同响应.     

高山和极地植物功能生态学研究进展

由于环境条件恶劣,所以高山地区（特别是树木分布线以上区域）和极地地区通常被认为是陆地上最为极端的生境之一,但是高山和极地区域却也拥有众多极具价值的生物资源。因此自1896年以来,作为生物进化研究中的热点和难点。高山和极地植物对生境的适应机制和策略一直倍受研究者们的关注。本文以植物生态学、植物生理学、气象学等学科资料,分析了高山和北极植物的特有生活型,并认为它是一种主要的适应机制。通过对全球主要高山和极地植物生长地的局部气候特点的分析,作者肯定了植物的特化适应现象与极端环境各因素间存在的密切关系。     

我国果蔬采后生理学进展

采后生理学始于20世纪30年代,主要围绕鲜活果蔬的保存、运输和供给。进入21世纪,随着基因组、转录组、代谢组、蛋白组等技术手段的快速发展与应用,果蔬采后生理学发展迅速。近几年来,我国科技工作者围绕学科发展前沿,深入探讨果蔬采后成熟、衰老和品质保持的调控机理和贮藏环境对品质的生理应答机制,取得了一系列重要研究成果,包括Met氧化存在被Met亚砜还原酶A和B逆转,提出了LcMsrA1/B1下调表达导致LcCaM1氧化加速,增强了LcNAC13和Lc WRKY1的DNA结合活性,从而激活或抑制荔枝(Litchi chinensis)果实采后衰老相关基因的表达;MaMYB3通过直接抑制淀粉降解相关基因和MabHLH6对淀粉降解产生负作用,从而延迟香蕉(Musaacuminata)果实成熟;鉴定出直接调控柑橘(Citrusreticulate)果实的α-和β-支链类胡萝卜素转化的R2R3-MYB转录因子和参与桃(Amygdaluspersica)果实香气形成的萜类合成酶编码基因TPS家族成员以及WRKY和AP2/ERF转录因子;SlVPE3通过激活KTI4方式调节番茄(Lycopersicon esculentum)果实抗病性机制。针对国际上学科发展方向与特点,认为我国果蔬采后生理学紧跟国际发展前沿,总体处于国际先进水平;但存在学科大而不强、领军人才不足、有待提升等问题;同时对未来发展需求、重点领域及优先发展方向做了展望。     

高浓度二氧化碳对植物影响的研究进展

工业革命后全球大气CO2浓度持续上升,不仅对全球气候的变迁产生重大影响,而且对植物的形态、水分利用、蛋白质合成、光合、抗性、生长及生物量等都有不同程度的影响。高浓度CO2促进植物根、幼苗的生长,叶片增厚,降低气孔密度、气孔导度及蒸腾速率,增加水分利用效率、作物的产量及生物量,促进乙烯生物合成,增强植物的抗氧化能力。不同光合途径(C3、C4及CAM)及不同植被类型的植物对高浓度CO2的响应不同。长期和短期的高浓度CO2处理,植物响应方式有很大的差异,如短期高CO2处理使光合能力增强,而长期处理则使光合能力下调。     

豆科植物在中国草原生态系统中的地位及其生理生态研究

豆科(Leguminosae)植物在改良土壤肥力、保持水土、提供多种经济产品方面功能显著,但我国干旱、半干旱草原区草场的退化使豆科植物资源受到严重破坏,有的面临灭绝的危险.本文明确了豆科植物在草原生态系统中的重要性,并综述了其光合、固氮等重要生理过程的研究进展,总结出自然生态系统中豆科植物的高光合机理和环境胁迫对固氮特性的影响,同时指出在豆科植物的适生机制和固氮潜能的发挥等还有很大的研究前景,在生产实践中,播种豆科灌木和豆科牧草是解决大面积人工林、草场"氮缺乏"的有效措施.     

布氏田鼠种群生态及行为生态学研究进展

布氏田鼠种群生态及行为生态学研究进展尹峰房继明（北京师范大学生物学系,１００８７５）ＲｅｓｅａｒｃｈＡｄｖａｎｃｅｓｉｎＰｏｐｕｌａｔｉｏｎＥｃｏｌｏｇｙａｎｄＢｅｈａｖｉｏｒａｌＥｃｏｌｏｇｙｏｆＢｒａｎｄｔ’ｓＶｏｌｅｓ（Ｍｉｃｒｏｔｕｓｂｒａｎ...     

干旱与半干旱地区苔藓植物生态学研究综述

苔藓植物一般生活在阴湿的地方,但也有不少种类具有极强的耐旱性,在干旱和半干旱地区也有分布,在干旱和半干旱地区,影响苔藓植物分布的环境因子包括降水,pH值,CaCO3含量,植被盖度,有机质含量以及土壤质地等,其中起沙,固沙和生态小环境的改善中发挥着不可替代的作用。     

Overexpression of pyrophosphatase leads to increased sucrose degradation and starch synthesis, increased activities of enzymes for sucrose-starch interconversions, and increased levels of nucleotides in growing potato tubers

Overexpression of inorganic pyrophosphatase (PPase) from Escherichia coli in the cytosol of plants (ppa1 plants) leads to a decrease of inorganic pyrophosphate (PPi; U. Sonnewald, 1992, Plant J 2: 571–581). The consequences for sucrose-starch interconversions have now been studied in growing potato (Solanum tuberosum L. cv. Desirée) tubers. Sucrose is degraded via sucrose synthase and UDP-glucose pyrophosphorylase in growing tubers, and it was expected that the low PPi in the ppa1 transformants would restrict the mobilisation of sucrose and conversion to starch. Over-expression of PPase resulted in an accumulation of sucrose and UDP-glucose, and decreased concentrations of hexose phosphates and glycerate-3-phosphate in growing ppa1 tubers. Unexpectedly, the rate of degradation of [¹⁴C] sucrose was increased by up to 30%, the rate of starch synthesis was increased, and the starch content was increased by 20–30% in ppa1 tubers compared to wild-type tubers. Reasons for this unexpectedly efficient conversion of sucrose to starch in the ppa1 tubers were investigated. (i) The transformed tubers contained increased activities of several enzymes required for sucrose-starch interconversions including two- to threefold more sucrose synthase and 60% more ADP-glucose pyrophosphorylase. They also contained 30–100% increased activities of several glycolytic enzymes and amylase, increased protein, and unaltered or slightly decreased starch phosphorylase, acid invertase and mannosidase. (ii) The transformants contained higher pools of uridine nucleotides. As a result, although the UDP-glucose pool is increased two- to threefold, this does not lead to a decrease of UTP or UDP. (iii) The transformants contained twofold larger pools of ATP and ADP, and ADP-glucose was increased by up to threefold. In stored ppa1 tubers, there were no changes in the activities of glycolytic enzymes, and nucleotides did not increase. It is concluded that in growing tubers PPi has a wider significance than just being an energy donor for specific reactions in the cytosol. Increased rates of PPi hydrolysis also affect general aspects of cell activity including the levels of nucleotides and protein. Possible ways in which PPi hydrolysis could affect these processes are discussed. Received: 9 July 1997 / Accepted: 3 November 1997     

红树植物分子生态与进化研究进展

红树林是热带与亚热带海洋森林和地球湿地生态系统的重要组成部分 ,是多种海洋动物及鸟类栖息繁衍的重要场所 ,在调节全球生态平衡及维持生物多样性方面起着十分重要的作用。有关红树林的生态生物学研究 ,特别是红树林及其生物多样性变化的监测研究 ,红树林的保护与管理已成为热带亚热带海洋及湿地生态学研究的重要内容。海南岛有长达 1 5 2 8ｋｍ的海岸线 ,红树林群落的分布十分广泛。孢粉学证据说明 ,海南岛滨海地区在第三纪时即有红树林出现[1 ] 。现海南岛红树林植物种类有 1 8科 2 6属 34种 ,占中国红树植物种数的 97.1 % [2 ] 。由于…     

中国林蛙生态学研究进展

中国林蛙具有重要的药用价值与经济价值,因此其受到人们的重视。对不同发育阶段中国林蛙生态学的研究现状进行了综述,为中国林蛙的人工养殖提供生态学的理论基础。     

化学调控剂对减轻水稻抽穗灌浆期阴害效应的综合评判

应用灰色关联选择受阴害水稻的主要受害指标,以层次分析法和模糊综合评判分析了化学调控剂对减轻水稻在抽穗灌浆期不同时段阴害的效应.结果表明,阴害危害的最大3个指标为结实率、净同化率和根系活性强度;在水稻抽穗后6～20d出现阴害时,喷施化学调控剂的增产效果最明显,隶属度达0.7869.